JPH08320331A - 車速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外部からの信号を必要とせず、単独で走行体の
車速度を検出することのできる車速度検出装置を提供す
ること。 【構成】走行体１の走行加速度を加速度信号として検出
する加速度計２と、走行体１の傾斜を角速度信号として
検出する角速度計３とを有するセンサ部Ｂと、上記角速
度計３の角速度信号の積分値から加速度信号に含まれる
重力成分を算出し、加速度信号に含まれる重力成分と加
速度成分とから重力成分を分離し、抽出した加速度成分
から走行体の車速度を算出する演算部Ｃとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走行体の走行加速度を
加速度計で加速度信号として検出し、検出した加速度信
号から走行体の傾斜により発生する重力成分を取り除い
て加速度成分のみを抽出し、抽出した加速度成分から走
行体の車速度を検出する車速度検出装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して、
自車両の現在位置や進行方向を認識するＧＰＳ航法によ
るカーナビゲーションシステムがよく知られているが、
トンネル内、高層ビル街、高架下等ＧＰＳ衛星からの電
波を受信しにくい場所でも正しくナビゲーションするた
めに、自律航法が併用されている。この自律航法は車両
にセンサを取り付け、車両の進行方向、速度を検出し、
このセンサによって得られた情報をＧＰＳ衛星からの電
波で補正する方法をとっている。そのため図５に示すよ
うに、カーナビゲーションシステム１７の車速度の取り
込みは、タイヤ１５の回転を回転センサ１６でパルス信
号Ｐとして取り込み、そのパルス間隔で間隔が狭ければ
（Ｔ１）速度が速い、間隔が広ければ（Ｔ２）速度が遅
いとして車速度を見積もっているが、このパルス信号Ｐ
は車両の標準仕様として提供されているものではなく、
パルス信号を得るための作業が必要になる。

【０００３】したがって、カーナビゲーションシステム
の導入時には車両に対する改造が伴うため、車両関係の
販社、部品関係の販社などが独占的に販売せざるを得な
い状況で、一般の販社では取り扱うことができず、市場
での飛躍的拡大を図ることができなかった。

【０００４】また、上述のように、一般的な市販車では
カーナビゲーション用にパルス信号Ｐを提供していない
ので、カーナビゲーションシステムを使用するために
は、システム購入費に加えて余分な改造費を支払わなけ
ればならなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記背景の
下に成立したものであって、外部からの信号を必要とせ
ず、単独で走行体の車速度を検出することのできる車速
度検出装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を達成するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の車速度検出装置は、走行体の走行加速度を
加速度信号として検出する加速度計と、走行体の傾斜を
角速度信号として検出する角速度計とを有するセンサ部
と、上記角速度計の角速度信号の積分値から加速度信号
の重力成分を算出し、上記加速度計の加速度信号に含ま
れる重力成分と加速度成分とから重力成分を分離し、抽
出した加速度成分から走行体の車速度を算出する演算部
とを備えたことを特徴とする。

【０００７】

【発明の作用】前記構成によれば、センサ部は走行体の
走行加速度を加速度計で加速度信号として検出し、走行
体の傾きを角速度計で角速度信号として検出して演算部
に送出する。演算部は、角速度信号から得られた走行体
の傾きから、加速度信号に含まれる走行体の傾斜によっ
て発生する重力成分を算出し、上記加速度信号に含まれ
る加速度成分と重力成分とから、重力成分を分離し、加
速度成分のみを抽出する。抽出した加速度成分から走行
体の車速度を算出する。

【０００８】

【実施例】以下、図面によって本発明の実施態様につい
て説明する。図１及び図２において符号Ａは車速度検出
装置を示し、この車速度検出装置Ａは、センサ部Ｂと演
算部Ｃとから構成されている。

【０００９】センサ部Ｂは、加速度計２と、角速度計３
とから構成され、加速度計２の検出した加速度信号と角
速度計３の検出した角速度信号は演算部Ｃに送出するよ
うに設けられている。

【００１０】上記加速度計２は、上記センサ部Ｂに水平
に配置された基板１０上に走行体１の進行方向ｄと同一
の軸に固定され、走行体１の進行方向（前進方向、後退
方向）の走行加速度を加速度信号として検出するように
設けられている。この加速度計２はサーボ型加速度セン
サ、歪みゲージ型加速度センサ、静電容量型加速度セン
サ等の加速度センサを使用すればよい。

【００１１】上記角速度計３は、上記基板１０上に上記
加速度計２の固定軸に直交した水平軸ｂの回りの角速度
を検出するように固定され、走行体１の前後方法の傾斜
を角速度信号として検出するように設けられている。こ
の角速度計３は圧電振動型ジャイロ、ファイバーオプテ
ィカルジャイロ、レートジャイロ、ガスレートジャイロ
等のジャイロを使用すればよい。

【００１２】なお、走行体１に積載する関係上、小型、
軽量で消費電力の少ないものが好ましいので加速度計２
には静電容量型加速度センサ、角速度計３には圧電型振
動ジャイロを使用することが好ましい。

【００１３】演算部Ｃは、アナログインターフェース５
と、外部インターフェース６と、ＣＰＵ７と、メモリ８
と、ロジック回路９とから構成され、演算結果を信号ケ
ーブル１０を介して、例えばカーナビゲーションシステ
ムの自律航法ユニット（図示せず）に出力するように設
けられている。

【００１４】アナログインターフェース５は加速度計２
及び角速度計３（以下、ジャイロという）の検出した加
速度信号及び角速度信号に含まれる温度によるドリフト
成分、高周波のノイズ成分等を除去するためのバンドパ
スフィルタと、検出信号を増幅するアンプと、検出信号
をデジタル化するＡＤコンバータとから構成されてい
る。

【００１５】ＣＰＵ７は上記アナログインターフェース
５でデジタル信号に変換されたジャイロ３の角速度信
号、加速度計２の加速度信号を所定のプログラムに従っ
て、加速度信号から重力成分を成分分離して、抽出され
た加速度成分をレート積分演算して、演算した結果を車
速度データとして出力するように設けられている。

【００１６】外部インターフェース６は、上記ＣＰＵ７
で演算して得られた車速度データを、接続するシステム
に合わせて変換して出力するように設けられている。カ
ーナビゲーションシステムに接続する場合は、上記外部
インターフェース６は車速度データをパルス信号Ｐに変
換して出力すればよい。

【００１７】なお、図３は上記車速度検出装置のハード
機能図を示し、図４はソフトウェア構成図を示す。

【００１８】上述のように構成された車速度検出装置Ａ
は、図６に示すように走行体１（自動車）に積載して走
行し、斜面を走行した場合は、ジャイロ３が自動車１の
傾斜を検出する。ジャイロ３からの出力は角速度である
ため、ノイズフィルター処理で温度、振動の影響、ラン
ダムノイズを削除した後、レート積分処理で積分演算し
て斜面の角度θを算出する。

【００１９】この角度θは自動車１の傾斜角度であるた
め、この傾斜角度により加速度の進行方向成分を重力成
分と分離することができる。

【００２０】図７（ａ）において、垂直方向の重力加速
度をｇとすると、自動車１の傾斜による加速度計２への
影響α（重力成分）は計算式（１）で求められる。

【００２１】 α＝ｇ・ｓｉｎ（θ）・・・・・・・・・・・・・・・・（１） 加速度計２で測定された加速度をγとすると、進行方向
の加速度ａは計算式（２）で求められる。

【００２２】 ａ＝γーｇ・ｓｉｎ（θ）・・・・・・・・・・・・・・（２） 上記計算式（１）（２）は、予めプログラミングされて
メモリ８に記憶されているので、ＣＰＵ７は、ジャイロ
３で得られた角速度から傾斜角度θを算出し、自動車１
の傾斜が加速度計２に与える重力の影響（重力成分）α
を算出する（計算式（１））。進行加速度抽出処理で加
速度計２で得られた加速度γに含まれる加速度成分と重
力成分とから重力の影響（重力成分）αを分離して進行
方向の加速度ａを算出し（計算式（２））、得られた進
行方向の加速度ａを加速度積分速度演算処理で積分演算
することによって自動車１の車速度Ｖを求めることがで
きる。

【００２３】なお、基本的なアルゴリズムは上述したと
うりであるが、加速度計２及びジャイロ３は温度変化に
敏感なため、温度変化により検出信号に変動が生じても
演算結果に影響を与えないように、温度補正を行う。こ
の温度補正は予め温度による変化を測定し、補正テーブ
ルをプログラム内に作成し、温度検出手段（図示せず）
により検出した温度と、補正テーブルとにより加速度信
号、角速度信号を補正する温度補正アルゴリズムを加え
た。温度検出手段は、例えば、上記演算部Ｃにサーミス
タやモノリシックＩＣタイプのＩＣ化温度センサ等の温
度センサを組み込み、ソフト上で温度が分かるようにす
ればよい。

【００２４】さらに、自動車は走行中振動を伴うので、
センサ部Ｂの出力する信号には振動によるノイズが混在
し、演算データが不正確になるためノイズ成分を除去す
る振動対策用アルゴリズムと、上記ジャイロ３は温度ド
リフト対策（温度補正）を施しても左右のゲインの僅か
な差などにより、演算結果が見掛け上ドリフトする姿勢
によるドリフトが発生するため、加速度計により補正
し、ドリフトをキャンセルする姿勢対策用アルゴリズム
とをノイズフィルタ処理に導入することにより車速度Ｖ
の精度を上昇させた。

【００２５】ＣＰＵ７によって算出された車速度Ｖは、
カーナビゲーションシステム１７が処理することができ
る信号形態として外部インターフェース６でパルス信号
Ｐに変換して出力する。

【００２６】上述のように、加速度計２から得られた加
速度信号γには加速度成分と重力成分が含まれているの
で、ジャイロ３で得られた傾斜角度θから重力成分αを
算出し、上記加速度信号γから重力成分αを分離して抽
出した進行方向の加速度ａをレート積分することにより
走行体の車速度Ｖを算出することができ、車輪の回転を
検出する回転センサ等外部の信号を入力する必要がな
く、装置に内蔵した加速度計２とジャイロ３とから得ら
れた信号を処理するだけで走行体１の車速度Ｖを検出す
ることができ、インテリジェントタイプの車速度検出装
置Ａを実現することができる。

【００２７】このことにより、車輪１５の回転を検出す
る回転センサ１６を必要としないカーナビゲーションシ
ステムを構築することができるので、走行体１に特別な
改造を施す必要がなくなる。したがって、カーナビゲー
ションシステムを取り扱う販社に特別な条件が不要にな
り、一般の家電販社で取り扱うことができ、販社が限定
されることがなくなるので、システムの飛躍的拡大を図
ることができる。

【００２８】また、車内に置くだけで速度を検出できる
ので、改造にかかわる手間と費用が削減できるととも
に、カーナビゲーションシステムを他の走行体に移す場
合も、容易に載せ変えることができる。

【００２９】さらに、走行体の乗車人数や荷物の重力、
タイヤの摩耗等による微妙な誤差が生じることがないの
でカーナビゲーションシステム上で車速度の自動補正を
する必要がなくなり、システムの負荷も軽減される。

【００３０】

【効果】本発明の車速度検出装置によれば、加速度計か
ら得られた加速度信号に含まれる加速度成分と重力成分
のうち、ジャイロで得られた傾斜角度から加速度信号に
含まれる重力成分を算出し、分離して抽出した加速度成
分をレート積分することにより走行体の車速度を検出す
ることができるので、車輪の回転を検出する回転センサ
等外部の信号を入力する必要がなく、装置に内蔵した加
速度計とジャイロとから得られた信号を処理するだけで
走行体の車速度を検出することができ、インテリジェン
トタイプの車速度検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車速度検出装置の構成を示す平面図

【図２】上記車速度検出装置の構成の一例を示す斜視図

【図３】上記車速度検出装置のハードウェア機能図

【図４】上記車速度検出装置のソフトウェア構成図。

【図５】従来の速度検出方法を示す説明図

【図６】車速度検出装置を搭載した走行体の走行状態を
示す説明図

【図７】重力加速度と傾斜角度との関係を示すベクトル
図

【符号の説明】

１ 走行体 ２ 加速度計 ３ 角速度計 Ａ 車速度検出装置 Ｂ センサ部 Ｃ 演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 篤三 埼玉県朝霞市栄町２−３−46 株式会社ロ ジン内 (72)発明者 徳江 林三 兵庫県尼崎市扶桑町１−10 住友精密工業 株式会社内 (72)発明者 高橋 歩 兵庫県尼崎市扶桑町１−10 住友精密工業 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行体の走行加速度を加速度信号として
   検出する加速度計と、走行体の傾斜を角速度信号として
   検出する角速度計とを有するセンサ部と、上記角速度計
   の角速度信号の積分値から加速度信号の重力成分を算出
   し、上記加速度計の加速度信号に含まれる重力成分と加
   速度成分とから重力成分を分離し、抽出した加速度成分
   から走行体の車速度を算出する演算部とを備えたことを
   特徴とする車速度検出装置。